AMPLIFICATEUR SYNCHRONE (LOCK - IN - AMPLIFIER).

MODULATION DU SIGNAL AVANT ET APRES L’ADDITION DU BRUIT ET DES GRANDEURS D’INFLUENCE.

Dans la pratique, le mesurande est souvent accompagné de bruit et d’autres grandeurs interférentes non désirées qui diminuent la qualité de la mesure, spécialement, quand la puissance totale du bruit excède largement le signal à mesurer. On dispose de plusieurs moyens permettant de détecter un signal noyé dans du bruit, telles les méthodes de filtrage, de moyennage, de corrélation et de démodulation synchrone. Toutes ces méthodes ont des limites, surtout si le mesurande, les signaux interférents et le bruit, sont dans la même bande de fréquences.

Exemple:

On dispose d’une diode LED, émettant un flux énergétique f_e, dont la fréquence varie de 0Hz à 200Hz. Le flux doit être mesuré par une photodiode dans un local éclairé par des tubes néon et, comme on peut le constater (Fig. 1), le mesurande sera influencé par plusieurs grandeurs d’influence.

Fig. 1

Dans ces conditions, le mesurande u_e(t) est totalement perturbé par les grandeurs d’influence u_i(t) (u_e(t) étant le flux énergétique rayonné par la diode LED, converti en signal électrique, et u_i(t) représentant toutes les grandeurs d’influence). L’utilisation d’un amplificateur synchrone permet d’effectuer cette séparation, à condition, que le mesurande soit modulé à la source (multiplicateur M1).

Deux cas peuvent se présenter:

· Modulateur (hacheur) mécanique, placé entre la diode LED et la photodiode PD (Fig. 2).

Fig. 2

Ce branchement peut être représenté par le schéma ci - dessous (Fig.3).

Fig. 3

Le mesurande sera modulé, mais une partie de l’éclairage perturbateur aussi. Ce branchement permet d’éliminer toutes les grandeurs perturbatrices agissant après la photodiode (PD inclue), par contre, l’influence de l’éclairage reste. Cette grandeur représente un signal sinusoïdal de fréquence de 100Hz (l’éclairage maximum pour l’amplitude positive et négative du réseau 50Hz) avec une composante continue. Pour simplifier la démonstration, on ne prendra pas cette dernière en considération.

· Branchement de la modulation à la source (Fig. 4) avec son schéma ci-dessous (Fig. 5).

Fig. 4

Fig. 5

Seul le mesurande sera modulé, ce branchement permet donc d’éliminer toutes les grandeurs perturbatrices, l’éclairage ambiant inclu. Souvent la modulation du mesurande est effectuée de manière indépendante, dans ce cas, la référence pour le multiplicateur M2 est déterminée à partir du signal modulé (phase lock - in - amplifier).

Vous pouvez observer la propagation d'un signal dans l'ampli synchrone avec l'ampli synchrone virtuel  dans lequel tous les paramètres sont réglables. Pour l'utilisation du Lab VIEW, consultez le "Mode d'emploi"